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作者:张珂;郭嘉玉;周名星;赵凌;王鹭;
单位:长安大学建筑工程学院;香港科技大学化学及生物工程学系;
摘要:开发高效UOR(尿素氧化反应)催化剂对强化尿素电解以实现富尿素废水绿色处理协同节能制氢至关重要。采用一步共沉淀法合成多壁碳纳米管负载的无定形钨酸镍纳米催化剂(NiWO_4/MWCNTs)用于尿素电解制氢,通过优化NiWO_4和MWCNTs的质量比实现对UOR高达1 158.2 mA/mg的质量活性,是单独NiWO_4的5倍多;此外,碳载钨酸镍催化剂的电化学活性比表面积A_(ES)和本征催化活性也得到显著提升。进一步由峰电流I_(pa)与扫速平方根v~(1/2)呈线性关系可得NiWO_4/MWCNTs催化剂上的尿素电氧化过程主要受扩散控制,其高UOR活性可能归因于MWCNTs独特的空心管状结构促进了扩散。利用NiWO_4/MWCNTs作为阳极催化剂组装尿素电解槽,达到10、100 mA/cm~2电流密度所需电解电压分别为1.35、1.53 V,比水电解低170、296 mV,并且尿素电解产氢速率是水电解的9倍,同时具有超过200 h的优异尿素电解稳定性。结果表明,NiWO_4/MWCNTs催化剂在尿素电解节能制氢方面具备良好的应用前景。
关键词:钨酸镍;多壁碳纳米管;电催化氧化;尿素电解;制氢
基金资助:国家自然科学基金资助项目(22008189); 陕西省自然科学基础研究计划项目(2019JQ-587)